5E教學(xué)模式在高中生物核心概念教學(xué)中的實(shí)踐探索——以“染色體變異”教學(xué)為例

◎福建省廈門(mén)市集美中學(xué) 高小燕

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》（下面簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》）要求學(xué)生要“獲得生物學(xué)基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識(shí)”。2011年版義務(wù)教育生物課程標(biāo)準(zhǔn)明確倡導(dǎo)“關(guān)注重要概念的學(xué)習(xí)”。美國(guó)地平線研究組經(jīng)過(guò)了18個(gè)月的觀察，對(duì)364節(jié)課詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)課堂主要特征是：（1）在課堂教學(xué)過(guò)程中，教師善用多種策略為某個(gè)科學(xué)概念提供清晰的闡釋?zhuān)唬?）吸引學(xué)生參加動(dòng)腦筋的活動(dòng)；（3）幫助學(xué)生理解學(xué)科的核心概念等。可見(jiàn)，高中生物教學(xué)應(yīng)重視生物核心概念的教學(xué)，核心概念的教學(xué)效果直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)附屬概念的理解，從而影響學(xué)生知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

5E教學(xué)模式是基于建構(gòu)主義理論和概念轉(zhuǎn)變理論所開(kāi)發(fā)的一種教學(xué)模式，該模式包括5個(gè)環(huán)節(jié)，即參與（engage）、探究（explore）、解釋?zhuān)╡xplain）、遷移（elaboration）和評(píng)價(jià)（evaluate），簡(jiǎn)稱(chēng)5E教學(xué)模式。5E教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性，通過(guò)探究活動(dòng)解決學(xué)生對(duì)新舊概念的認(rèn)知沖突，使學(xué)生能建構(gòu)并應(yīng)用新概念?，F(xiàn)以“染色體變異”一節(jié)教學(xué)為例闡述5E教學(xué)模式在高中生物學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐。

一、分析教學(xué)內(nèi)容，把握核心概念

美國(guó)著名教育學(xué)家赫德（Hurd）認(rèn)為，“組成科學(xué)課程中的概念和原理應(yīng)該能夠展現(xiàn)當(dāng)代學(xué)科圖景，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分，它們被稱(chēng)為核心概念”。核心概念必須具備兩個(gè)特質(zhì)：第一，是對(duì)核心問(wèn)題的反映；第二，具有統(tǒng)領(lǐng)性和包攝性?！叭旧w變異”一節(jié)中提到的概念有染色體變異、染色體結(jié)構(gòu)變異、染色體數(shù)目變異、染色體組、二倍體、單倍體、多倍體、單倍體育種、多倍體育種等,且與學(xué)生已學(xué)的減數(shù)分裂、同源染色體、非同源染色體等概念有交叉。根據(jù)核心概念的兩個(gè)特質(zhì)，染色體結(jié)構(gòu)變異和染色體數(shù)目個(gè)別的增加和減少具有不確定性，而以“染色體組”為單位的染色體數(shù)量的增加或減少在育種領(lǐng)域具有較高價(jià)值，是染色體變異的核心所在；同時(shí)“染色體組”這一概念又是二倍體、單倍體、多倍體等概念的基礎(chǔ)，具有統(tǒng)領(lǐng)作用；另外，“染色體組”這一概念的理解還有利于減數(shù)分裂、同源染色體、非同源染色體等概念的深度理解，“染色體組”可以理解為本節(jié)課的核心概念。

二、應(yīng)用5E教學(xué)模式，開(kāi)展核心概念教學(xué)

1.激發(fā)學(xué)生參與學(xué)習(xí)

參與環(huán)節(jié)的教學(xué)活動(dòng)形式多樣，可以是教師提問(wèn)、展示相異事件或提供問(wèn)題情境，主要目的在于吸引學(xué)生的注意力和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過(guò)“減數(shù)分裂”一節(jié)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)學(xué)習(xí)了“同源染色體”概念，但這一概念在學(xué)習(xí)“染色體組”概念時(shí)存在隱蔽性。因此，在教學(xué)中教師應(yīng)該為學(xué)生提供暴露這些已有知識(shí)的機(jī)會(huì)。首先教師呈現(xiàn)雄果蠅體細(xì)胞染色體圖解，引導(dǎo)學(xué)生分析雄果蠅體細(xì)胞中同源染色體的對(duì)數(shù)。緊接著引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同編號(hào)染色體之間大小、形態(tài)的差異，復(fù)習(xí)“非同源染色體”概念。學(xué)生在問(wèn)題情境中不斷對(duì)易混淆概念“同源染色體”“非同源染色體”進(jìn)行識(shí)別與復(fù)習(xí)，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，積極參與本課學(xué)習(xí)，這是構(gòu)建科學(xué)概念的重要前提。

2.實(shí)施探究學(xué)習(xí)活動(dòng)

《課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生在師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的過(guò)中不斷完善、重組或細(xì)化自己的最初認(rèn)識(shí)，使得某科學(xué)概念的認(rèn)識(shí)更加清晰與準(zhǔn)確。科學(xué)探究活動(dòng)要求學(xué)生能夠提出和識(shí)別問(wèn)題、設(shè)計(jì)和實(shí)施方案、分析資料和證據(jù)、運(yùn)用證據(jù)進(jìn)行解釋?zhuān)磉_(dá)和交流。當(dāng)學(xué)生閱讀完果蠅體細(xì)胞染色體圖解后，開(kāi)展探究學(xué)習(xí)活動(dòng)，請(qǐng)學(xué)生在學(xué)案中繪出果蠅經(jīng)減數(shù)分裂形成的精子中的染色體的組成。也可以給每位學(xué)生分發(fā)橡皮泥，讓他們動(dòng)手制作精子中染色體的組成。大多數(shù)學(xué)生能正確畫(huà)出或制作出精子中染色體組成。少數(shù)學(xué)生由于對(duì)減數(shù)分裂本質(zhì)理解不到位導(dǎo)致無(wú)法完成，這時(shí)教師要恰當(dāng)點(diǎn)撥：同源染色體分離，非同源染色體自由組合；引導(dǎo)學(xué)生尋找精子染色體在大小、形態(tài)上的區(qū)別，學(xué)生很容易得出“精子中染色體大小、形態(tài)不同”的結(jié)論，甚至有些學(xué)生能得出“精子中染色體均為非同源染色體”結(jié)論。學(xué)生通過(guò)探究已隱約得出“非同源染色體”與“染色體組”這一核心概念的本質(zhì)聯(lián)系。接著，教師將基因標(biāo)在染色體上，如A、a標(biāo)于Ⅱ號(hào)染色體上，B、b標(biāo)于Ⅲ號(hào)染色體上，再請(qǐng)學(xué)生畫(huà)出精子中染色體上基因的情況。通過(guò)動(dòng)腦或動(dòng)手操作學(xué)生不僅復(fù)習(xí)了減數(shù)分裂過(guò)程，而且對(duì)“染色體組”染色體組成、染色體以及“染色體組包含全部遺傳信息”有了較為深層次的理解。在探究過(guò)程中，教師是學(xué)習(xí)的促進(jìn)者、觀察者、聆聽(tīng)者，盡量不直接說(shuō)答案，必要時(shí)通過(guò)問(wèn)題或建議形式給予引導(dǎo)。雖然學(xué)生對(duì)于“染色體組”這一核心概念有了較為深層次的領(lǐng)會(huì)，但僅停留在感性認(rèn)識(shí)階段，只是初步獲得染色體組的認(rèn)識(shí)。

3.引導(dǎo)學(xué)生解釋概念

解釋是5E教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是考驗(yàn)探究學(xué)習(xí)活動(dòng)有效性的階段,這是使新概念、過(guò)程或方法明確化和可理解化的過(guò)程。教師可通過(guò)學(xué)生練習(xí)、解釋等形式，給學(xué)生表達(dá)其對(duì)核心概念理解的機(jī)會(huì)，從而了解學(xué)生對(duì)核心概念的掌握程度。如在本節(jié)解釋階段設(shè)置以下兩道習(xí)題。

習(xí)題1：圖中細(xì)胞含有幾個(gè)染色體組？

學(xué)生1：習(xí)題1中細(xì)胞包括3個(gè)染色體組。因?yàn)?，?xì)胞中含有的3條染色體大小、形態(tài)不同，為非同源染色體，每條非同源染色體為一組，故有3個(gè)染色體組。

學(xué)生2：我不太同意你的觀點(diǎn)。如果每條染色體為一組，那么你所說(shuō)的“染色體組”并沒(méi)有包含這種生物體“全部遺傳信息”，我認(rèn)為應(yīng)該是一個(gè)染色體組，因?yàn)樗蟽蓚€(gè)條件：均由非同源染色體組成，且包含全部遺傳信息。

經(jīng)過(guò)兩位學(xué)生的解釋、分析，其他學(xué)生對(duì)“染色體組”的概念清晰了許多。解釋過(guò)程中需要一定的邏輯推理，教師在這過(guò)程中應(yīng)恰當(dāng)給予輔助，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下積極思考，并形成對(duì)概念的理解和應(yīng)用的技巧。

緊接著拋出更為復(fù)雜一些的習(xí)題2：某生物的基因型為AAaaBbbbCCCc，那么它有多少個(gè)染色體組？

學(xué)生1：標(biāo)著1，2，3的染色體均含有4條大小、形態(tài)一致的同源染色體，既然染色體組由非同源色體體構(gòu)成，一共可以組成4個(gè)染色體組。

這個(gè)學(xué)生的判斷方法獲得了同學(xué)們的認(rèn)同，并一起歸納出如染色體組的判斷方法：圖形題就看同源染色體的條數(shù)；基因型題就數(shù)讀音重復(fù)次數(shù)。接著，教師利用學(xué)生的闡述進(jìn)行簡(jiǎn)潔、清晰和直接的歸納：細(xì)胞中一組非同源染色體，攜帶全部遺傳信息，叫做染色體組。

4.促進(jìn)概念遷移

學(xué)生初步掌握“染色體組”核心概念后，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生明確核心概念的內(nèi)涵及外延，促進(jìn)概念的應(yīng)用與遷移。教師先將教材中的4個(gè)材料進(jìn)行整合并呈現(xiàn)于學(xué)案中。

材料1：人、果蠅、玉米體細(xì)胞中各含2個(gè)染色體組，都屬于二倍體。在自然界中，幾乎全部的動(dòng)物和過(guò)半數(shù)的高等植物均是二倍體。

材料2：普通小麥體內(nèi)有6個(gè)染色體組，馬鈴薯體內(nèi)有4個(gè)染色體組，香蕉體內(nèi)有3個(gè)染色體組，這些生物都稱(chēng)為多倍體。

材料3：在初中生物學(xué)中學(xué)過(guò)蜜蜂中的工蜂和蜂王由受精卵發(fā)育而成，屬于二倍體，而雄蜂由未受精的卵直接發(fā)育而成，體細(xì)胞中的染色體數(shù)是工蜂和蜂王的一半，稱(chēng)為單倍體。自然條件下，玉米、高粱、水稻、番茄等二倍體高等植物，偶爾也會(huì)出現(xiàn)由未受精的卵細(xì)胞發(fā)育而成的單倍體植物。

材料4：普通小麥體細(xì)胞中有6個(gè)染色體組，用其花藥離體培養(yǎng)形成的植株叫單倍體，其體細(xì)胞中含有3個(gè)染色體組。

學(xué)生閱讀了以上材料后，教師提出兩個(gè)問(wèn)題：歸納二倍體、多倍體、單倍體的概念。判斷某一個(gè)體是單倍體還是多倍體的依據(jù)是什么？

學(xué)生利用材料1，2對(duì)二倍體、多倍體概念的回答通常是正確的，但對(duì)于單倍體的回答他們幾乎異口同聲答道：體細(xì)胞中有1個(gè)染色體組的個(gè)體叫單倍體。顯然他們只是初步將染色體組和二倍體、多倍體概念聯(lián)系在一起，但如何判斷單倍體和多倍體還比較迷茫。教師不著急指出他們對(duì)單倍體判斷的錯(cuò)誤，給出下圖并提問(wèn)：該圖所代表的生物個(gè)體是幾倍體？

這時(shí)，學(xué)生對(duì)多倍體、單倍體、染色體組這幾個(gè)概念之間的關(guān)聯(lián)和矛盾進(jìn)一步激化。此時(shí)，教師應(yīng)給予學(xué)生思考、討論、理清概念的時(shí)間。很快地，學(xué)生利用材料4得知上圖代表的生物可能是二倍體也可能是單倍體，很自然地完成了對(duì)多倍體、單倍體兩個(gè)概念的比較分析，得出區(qū)別單倍體與多倍體的關(guān)鍵：個(gè)體發(fā)育的起點(diǎn)是受精卵還是配子、體細(xì)胞中染色體數(shù)目等。

5.進(jìn)行概念學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

通過(guò)前面4個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)，學(xué)生對(duì)于核心概念及其統(tǒng)領(lǐng)的普通概念的理解已經(jīng)較為深刻，這時(shí)以下列練習(xí)題觀察學(xué)生如何應(yīng)用新學(xué)的概念，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，這樣既保證概念教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，也助于發(fā)現(xiàn)、改進(jìn)概念教學(xué)。

右圖是果蠅的染色體組成，請(qǐng)根據(jù)圖回答下面的問(wèn)題。

（1）這是_______性果蠅。

（2）圖中共有______個(gè)染色體組，是_____倍體。

（3）圖中有_____對(duì)同源染色體，____對(duì)常染色體。_____對(duì)等位基因，1和3是染色體，B和b是_____基因。在產(chǎn)生配子時(shí)，含AbCD的配子占_____。

（4）圖中不可表示果蠅哪一類(lèi)細(xì)胞中的染色體組成？（ ）

A.受精卵 B.精原細(xì)胞 C.體細(xì)胞 D.卵原細(xì)胞

5E教學(xué)模式注重學(xué)生的活動(dòng)，以學(xué)生為本，它要求學(xué)生在與學(xué)習(xí)內(nèi)容、教師和其他同學(xué)等互動(dòng)過(guò)程中構(gòu)建、重組與修正自己對(duì)生物學(xué)概念的認(rèn)識(shí)，這種互動(dòng)不僅僅是動(dòng)手活動(dòng)，還包括動(dòng)腦思考，最終達(dá)到提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)這一核心目標(biāo)。